Верификация компьютерных моделей на основании распределения касательных напряжений и угла поворота сечения от действия кручения
DOI:
https://doi.org/10.48612/dnitii/2025_57_5-17Keywords:
Конечно-элементная модель, объемные конечные элементы, сходимость результата, верификация, инженерный анализ данных, кручение, касательные напряжения, угол поворота сеченияAbstract
Современные требования российского градостроительного законодательства для отдельных объектов строительства обязывают проектировщиков выполнять проекты в виде цифровой информационной модели, которая включает в себя расчеты несущих строительных конструкций в программных комплексах, основанных на методе конечных элементов. Полнота и точность решений данного метода расчета зависят от типа конечных элементов, их формы, плотности сетки конечно-элементного разбиения, расположения элементов по отношению к потокам усилий. Для доказательства правильности найденного решения, необходимо выполнять верификацию и валидацию компьютерных моделей, проводить инженерный анализ полученных данных. Сложное напряженно-деформированное состояние в конструкциях возникает от совместного действия продольной силы, изгибающих моментов, поперечных сил, крутящего момента.
В работе изучается сходимость решений от действия кручения четырех моделей бетонной консольной балки, созданных на основании схем, представленных в пособии к ВК SCAD++ и одной «эталонной» модели. Сравниваются максимальные касательные напряжения, возникающие на гранях конструкции и угол поворота поперечного сечения. Расчет выполнен на основании законов линейной строительной механики.
Распределение касательных напряжений от действия кручения в сечениях твердотельных компьютерных моделей № 1-4 не соответствует теоретическим значениям, вычисленным по правилам сопротивления материалов.
Угол поворота поперечного сечения в моделях № 1-4 занижен, ошибка составляет: -10,6 %; -15,7 %; -8,9 %; -7,8 %, что характерно методу конечных элементов в перемещениях.
«Эталонная» модель, состоящая из кубических конечных элементов второго порядка с густой сеткой конечно-элементного разбиения, равной 1/16 характерного размера сечения конструкции, при определении касательных напряжений и угла поворота поперечного сечения от действия кручения имеет полное совпадение с известным аналитическим методом расчета.
References
1.Секулович М. Перевод с сербского Ю.Н. Зуева. Под редакцией В.Ш. Барбакадзе. Метод конечных элементов. Москва: Стройиздат, 1993. 664 с.
2.Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. Москва: УРСС, 2003. 272 с.
3.Перельмутер А.В., Сливкер В.И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. Москва: ДМК Пресс, 2007. 600 с.
4.Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Фиалко С.Ю., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. SCAD Office. Версия 21. Вычислительный комплекс SCAD ++. Москва: «СКАД СОФТ», 2015. 848 с.
5.Перельмутер А.В. Беседы о строительной механике. Москва: SCAD Soft, АСВ, 2016. 304 с.
6.Никитин К.Е., Кирсанов О.А. Сравнительное исследование конечно-элементных методик расчета ребристых железобетонных перекрытий // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2022. 18(3). С. 242-254. DOI 10.22363/1815-5235-2022-18-3-242-254.
7.Мозголов М.В., Костюков В.В. О сходимости решений моделей вычислительного комплекса SCAD из трехгранной призмы первого порядка. Часть 2. h – метод // Системные технологии. 2024. № 1 (50). С. 5-19. doi: 10.48612/dnitii/2024_50_5-19.
8.Мозголов М.В., Окольникова Г.Э. К вопросу оценки точности решений моделей метода конечных элементов на примере расчета консольной балки // Системные технологии. 2024. № 1 (50). С. 118-128. doi: 10.48612/dnitii/2024_50_181-128.
9.Мозголов М.В., Окольникова Г.Э. Оценка выбора модели метода конечных элементов для расчета балок на основе распределения касательных напряжений // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2024. Т. 20. № 6. С. 539-551. doi: 10.22363/1815-5235-2024-20-6-539-551.
10.Канчели Н.В., Батов П.А., Дробот Д.Ю. Реализованные мембранные оболочки. Расчет, проектирование и возведение. Москва: АСВ, 2009. 120 с.
11.ГОСТ Р 57700.10-2018 Численное моделирование физических процессов. Определение напряженно-деформированного состояния. Верификация и валидация численных моделей сложных элементов в упругой области. Москва, Стандартинформ. 2018.
12.Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве». Плоские безбалочные железобетонные перекрытия. Правила проектирования. Москва, 2017. 158 с.
13.Залигер Р. Железобетон: его расчет и проектирование. Перевод с немецкого под ред. П.Я. Каменцева. Москва-Ленинград: ГНТИ, 1931. 671 с.
14.Иванов-Дятлов И.Г. Железобетонные конструкции. М.-Л.: Министерство коммунального хозяйства РСФСР, 1950. 296 с.
15.Карпухин Н.С. Железобетонные конструкции. М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1957. 442 с.
16.Дыховичный Ю.А., Максименко В.А., Кондратьев А.Н., Крейтан В.Т., Сканави А.Н., Вайнштейн М.С. Жилые и общественные здания. Краткий справочник инженера – конструктора. М.: Стройиздат, 1991. 656 с.
17.Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.: ДМК Пресс, 2019. 464 с.
18.Мозголов М.В., Козлова Е.В. О разгружающем действии крутящих моментов в балках железобетонных кессонных перекрытий // Градостроительство и архитектура. 2022. Т. 12, № 3. С. 11-20. DOI: 10.17673/Vestnik.2022.03.2.
19.Мозголов М.В., Костюков В.В., Омелянчук Д.Г. О влиянии окаймляющей балки на напряженно – деформированное состояние косого кессонного железобетонного перекрытия // Системные технологии. 2024. № 4 (53). С. 32-42. doi: 10.48612/dnitii/2024_53_32-42.
20.Мозголов М.В. О строительстве конькобежного стадиона в городе Коломне. Вестник Коломенского института (филиала) Московского политехнического университета. Сборник научных трудов. Москва, 2024. С. 353-378.
21.Бушков В.А. Железобетонные конструкции. II часть. Стройиздат Наркомстроя, 1941. 503 с.
22.Фесик С.П. Справочник по сопротивлению материалов. К.: Будiвельник, 1970. 308 с.
23.Фиалко С.Ю. Применение метода конечных элементов к анализу прочности и несущей способности тонкостенных железобетонных конструкций с учетом физической нелинейности. М.: Издательство СКАД СОФТ, Издательский дом АСВ, 2018. 192 с.
